이 글에서는 용접이 무엇인지, 10가지 다른 용접 공정 유형을 그 작동 원리, 장점, 단점, 응용 분야 등과 함께 배웁니다.
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용접은 두 금속 조각을 각각의 융점까지 가열하여 하나의 조각으로 결합하는 영구 접합 공정입니다. 가열 과정에서 추가 금속(필러 메탈이라고도 함)을 추가하여 두 조각을 결합하는 데 도움을 줍니다.
일반적으로 유사(또는 이종) 두 금속 조각을 압력 적용 여부와 필러 재료 도움 여부에 관계없이 금속을 융합할 만큼 충분히 높은 온도로 가열하여 접합하는 공정입니다.
용접기는 열을 발생시키고 필러 메탈을 적용하는 데 사용됩니다. 필러 메탈은 전극 자체에서 또는 필러 재료에 의해 조인트 형성을 위해 공급됩니다. 발생하는 열의 온도는 6000°~7000°C 수준입니다. 그렇다면 다양한 용접 공정 유형이 무엇이며 산업에서 어떻게 사용되는지 논의해 보겠습니다.
참고 자료:
다음은 열 발생 방식에 따른 용접 공정 유형입니다:
MIG 용접은 금속 불활성 가스 용접을 의미합니다. 이 MIG 용접 공정은 가스 금속 아크 용접(GMAW)이라고도 하며 와이어 용접이라고도 부를 수 있습니다.
이 용접 유형에서는 얇은 와이어가 전극 역할을 하며, 건에 부착된 스풀에서 유연한 튜브를 통해 공급되어 용접 건 또는 토치의 노즐에서 나옵니다. 용접 건의 트리거를 당기면 와이어가 지속적으로 공급됩니다.
수동 금속 아크 용접, 플럭스 실드 아크 용접 또는 스틱 용접이라고도 합니다. 이 용접 공정에서는 플럭스 코팅된 금속 봉 또는 전극과 공작물 사이에 아크가 발생하며, 봉과 공작물 표면이 모두 녹아 용융 풀(weld pool)을 형성합니다.
봉의 플럭스 코팅이 동시에 녹아 가스와 슬래그를 생성하여 용접 조인트를 환경으로부터 보호합니다. 실드 메탈 아크 용접은 모든 위치에서 재료 두께에 관계없이 철강 및 비철 재료 접합에 이상적인 다목적 공정입니다.
TIG 용접은 텅스텐 불활성 가스 아크 용접을 의미하며, 미국 용접 협회에서는 GTAW라고도 합니다. 이 용접 공정은 가스 용접이라고도 불립니다.
TIG 용접은 텅스텐 전극을 사용하는데, 텅스텐은 융점이 높기 때문입니다. TIG 용접 전극을 가져가면 뜨거워지지만 녹지 않아 소모되지 않는 전극(non-consumable electrode)이라고 합니다. 소모되지 않는 전극이 영원히 지속된다는 뜻이 아니라 녹아서 용접의 일부가 되지 않는다는 뜻입니다.
플라즈마 아크 용접(PAW)은 텅스텐 비소모 전극과 공작물(전이 아크 공정) 또는 수냉식 수축 노즐(비전이 아크 공정) 사이의 압축 아크에서 발생하는 열을 이용하는 아크 용접 공정입니다.
플라즈마는 양이온, 전자, 중성 기체 분자의 기체 혼합물입니다. 전이 아크 공정은 고에너지 밀도의 플라즈마 제트를 생성하여 고속 용접과 세라믹, 구리 합금, 강철, 알루미늄, 니켈 합금, 티타늄 합금 절단에 사용할 수 있습니다.
전자빔 용접은 고에너지 전자빔에 의해 생성된 열을 적용하는 용접 공정입니다. 전자가 공작물에 부딪히면 운동 에너지가 열에너지로 변환되어 금속을 가열하여 공작물 가장자리를 연결하고 동결 후 용접이 형성됩니다.
EBM은 액체 상태 용접 공정이기도 합니다. 금속 간 접합이 액체 또는 용융 상태에서 이루어집니다. 전자의 운동 에너지를 사용하여 두 금속 공작물을 접합하는 용접 공정으로도 설명됩니다.
레이저 빔 용접(LBW)은 고에너지 레이저 빔을 공작물에 조사하여 열을 형성하는 용접 공정입니다. 레이저 빔은 공작물 끝을 가열하고 녹여 조인트를 만듭니다.
레이저 용접(LBM)에서 조인트는 중첩된 스팟 용접의 연속 또는 연속 용접으로 형성됩니다. 레이저 용접은 전자, 통신, 항공우주 산업에서 의료 및 과학 장비 제조, 소형 부품 통합에 사용됩니다.
가스 용접은 연결할 면이나 표면을 가스 화염으로 녹이고 용융 금속이 함께 흐르도록 하여 냉각 시 견고한 연속 조인트를 만드는 방식으로 수행됩니다.
산소-아세틸렌 혼합물이 다른 것들보다 훨씬 더 많이 사용되며 용접 산업에서 두드러진 위치를 차지합니다. 옥시-아세틸렌 화염의 가장 뜨거운 영역 온도는 약 3200°C이며, 옥시-수소 화염에서 도달하는 온도는 약 1900°C입니다.
이 용접 유형은 MIG 용접과 거의 유사합니다. 사실 MIG 용접기는 종종 플럭스 코어드 아크 용접을 수행할 수 있습니다. 이 용접에서는 와이어에 플럭스 코어가 있어 용접 주변에 가스 실드를 형성합니다. 이는 외부 가스 공급 수요를 줄입니다.
FCAW는 고열 용접 공정이기 때문에 거친 중금속에 더 적합합니다. 보통 중장비 수리에 이 목적으로 사용됩니다. 폐기물이 많이 발생하지 않는 공정입니다. 외부 가스가 필요 없기 때문에 비용도 절감됩니다.
원자 수소 용접은 아크-원자 용접으로 알려진 극도로 고온의 용접 형태입니다. 이 용접 유형은 두 개의 텅스텐 전극을 보호하기 위해 수소 가스를 사용해야 합니다. 아세틸렌 토치 이상의 온도에 도달할 수 있으며 필러 메탈 유무에 관계없이 수행할 수 있습니다.
두 금속 조각의 얇은 끝을 수직으로 연결하는 데 사용되는 고급 용접 공정입니다. 조인트 외부가 아닌 두 조각 끝 사이에서 용접이 이루어집니다.
구리 전극 와이어가 금속 가이드 튜브를 통해 공급되어 필러 메탈 역할을 합니다. 전원이 공급되면 아크가 발생하고 심 아래에서 용접이 시작되어 천천히 위로 이동하며 심 자리에 용접을 형성합니다.
다음은 네 가지 주요 용접 자세 유형입니다:
수행하기 가장 명백한 유형은 평자세로, 때로는 다운핸드 자세라고도 합니다. 이는 조인트 상단에서 용접하는 것을 포함합니다. 이 경우 용융 금속이 조인트에서 아래로 당겨집니다. 결과는 더 빠르고 쉬운 용접입니다.
1G와 1F에서 숫자 1은 평자세를 나타내며, 문자 G는 그루브 용접, 문자 F는 필렛 용접을 나타냅니다.
평자세보다 더 어려운 자세로 용접 작업자의 더 많은 기술이 필요합니다.
2G는 용접 축을 수평면 또는 거의 수평면에 배치하는 그루브 용접 자세입니다. 용접면은 거의 수직면에 위치해야 합니다.
2F는 필렛 용접 자세로, 거의 수직인 면에 대해 거의 수평인 면의 상단에서 용접을 수행합니다. 이 자세에서 토치는 보통 45도 각도로 유지됩니다.
이 자세에서는 공작물과 용접 모두 수직 또는 거의 수직으로 놓입니다. 3F와 3G는 수직 필렛과 수직 그루브 자세로 이어집니다.
수직으로 용접할 때 중력이 용융 금속을 아래로 밀어내어 쌓이려는 경향이 있습니다. 이를 상쇄하기 위해 상향 또는 하향 수직 자세를 사용할 수 있습니다.
상향 수직 자세에서 확인하려면 화염을 위쪽으로 향하게 하고 공작물에 45도 각도로 배치합니다. 이렇게 하면 용접공이 공작물 하부에서 중력에 맞서 위쪽으로 용접하며 금속을 공급합니다.
이 용접 자세 유형에서는 조인트 바닥에서 용접을 수행합니다. 가장 복잡하고 작업하기 어려운 자세입니다. 4G와 4F 위치는 그루브와 필렛 용접을 위한 것입니다.
천장자세에서 조인트에 증착된 금속은 공작물에 구멍을 내며 더 높은 크라운을 가진 비드 형태로 발생합니다. 이를 피하려면 용융 웅덩이를 작게 유지하십시오. 용접 웅덩이가 너무 길어지면 잠시 화염을 제거하여 용융 금속이 식도록 하십시오.
용접의 응용 분야는 매우 다양하고 방대하여, 어떤 금속 산업도, 어떤 공학 분야도 용접을 어떤 형태로든 사용하지 않는 분야가 없다고 해도 과언이 아닙니다. 자동차 산업, 조선, 항공우주, 건설 등이 있습니다. 주로 제작에 사용됩니다.
일부 응용 분야는:
이제 아시다시피 용접은 두 금속 부품을 각각의 융점까지 가열하여 하나의 부품으로 만드는 강력한 접합 공정입니다. 일부 용접 유형은 기계로 수행되며 비용이 많이 드는 특수 장비가 필요합니다. 용접은 리벳팅과 주조에 비해 더 빠른 방법입니다.
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산업기술
전극 아크 용접부터 레이저·플라즈마까지 수많은 용접 공법이 있지만, 현장 기술자가 꼭 알아야 할 4대 대표 공법은 다음과 같습니다. 가스 금속 아크 용접 (GMAW/MIG) 가스 텅스텐 아크 용접 (GTAW/TIG) 피복 아크 용접 (SMAW/스틱) 플럭스 코어드 아크 용접 (FCAW) 각 공법의 원리, 장단점, 대표 용도를 정리했습니다. 1. 가스 금속 아크 용접 (GMAW/MIG) 와이어 전극을 기계가 설정 속도로 공급하며 아크 열로 모재와 와이어를 녹여 접합합니다. 와이어가 소모돼 충진재 역할을 하며, 불활성 가스(아르곤
용접이란? 용접은 열, 압력, 또는 둘 다를 이용해 두 개 이상의 부품을 융합해 냉각되면서 접합부(이음)를 형성하는 제조 공정입니다. 금속과 열가소성 수지에 주로 쓰이며 목재에도 적용 가능합니다. 완성된 용접 이음을 용접부(weldment)라 부릅니다. 특수 공정·기술이 필요한 재료도 있으며, 비용접성(non-weldable)이라 불리는 재료도 있습니다(공학 용어). 접합 대상 모재(base material)와 이음 형성을 위해 첨가되는 필러/소모재(fillers/consumables)로 구성되며, 형상에 따라 기재, 튜브, 플럭스
